اللوالب الحاجزة ذات منطقة Maddock
21 مارس 2025خبرة فنية (Know-How)
البثق: اللوالب الحاجزة والخلاطات
لسبب ما، توجد لوالب حاجزة كثيرة تعمل مع خلاطات عالية القص، مع أن الخلاط التوزيعي هو في العموم الخيار الأفضل.
هناك أنواع كثيرة من أجهزة الخلط المستخدمة في ماكينات البثق أحادية اللولب. وهي تختلف بكونها إما أجهزة تشتيتية في الأساس، أو أجهزة قص تزيد من قدرة صهر البوليمر، أو أجهزة إعادة توزيع تخلط أساسًا عن طريق تقسيم المصهور مرات عديدة من أجل توزيع المكوّن الثانوي
على شكل طبقات في المكوّن الرئيسي. وكل الخلاطات تتضمن بالضرورة بعض هذه الخصائص.
تجمع خلاطات Maddock الأحدث بين خصائص تصميمي Maddock الأصلي وEgan. والمناطق المظللة هي مناطق تقعير أو خلوص يجب أن يمر البوليمر عبرها ويتعرض لقص شديد.
الخلاطات التوزيعية هي في العموم الخيار الأفضل للوالب الحاجزة. ولكل من هذه التصاميم الشائعة مزاياه وعيوبه الخاصة.
يؤثر استخدام أجهزة الخلط هذه في أداء اللولب ككل. أما الخلاطات ذات القنوات المتقاطعة، وأشهرها خلاطا Egan وLeRoy، فتعود إلى أواخر عقد 1960. ويُعرف خلاط LeRoy بصورة أفضل باسم خلاط Maddock أو UCC، نسبةً إلى عمل أسطورة البثق Bruce Maddock في شركة Union Carbide Corp.
وفي وقت لاحق، جرى تطوير خلاط Maddock الحلزوني الذي يجمع بين خصائص التصميمين ويبدو أنه الأوسع استخدامًا اليوم (الشكل 1). وقد كُتب الكثير عن هذه الخلاطات، فلا حاجة إلى وصفها هنا مرة أخرى.
طُوّر خلاطا Egan وMaddock في الأصل لتحسين جودة المصهور في اللوالب التقليدية (غير الحاجزة). واستُخدمت لمعالجة بوليمرات كثيرة مختلفة في تطبيقات متنوعة، لكن قيمتها الحقيقية ظهرت في معالجة البوليمرات البلورية، وهي أساسًا البولي أوليفينات. وحظيت بقبول فوري تقريبًا في السوق لأنها حسّنت بصورة كبيرة كلًّا من الإنتاجية وجودة المصهور.
في عام 1961، قبل أن تدخل أقسام الخلط هذه الخدمة، طوّر Geyer في شركة Uniroyal تصميم لولب حاجز لمعالجة المطاط. وبعد ذلك بوقت قصير جرت محاولات لتطبيق مفهومه لفصل المصهور عن الصلب على معالجة البوليمرات اللدنة بالحرارة، وخلال نحو 10 سنوات بلغ اللولب الحاجز مكانته الحالية في السوق. تلغي اللوالب الحاجزة الحاجة إلى خلاطات إضافية، لأن الصهر يمكن التحكم فيه وإتمامه في القسم الحاجز، دون الحاجة إلى خلاطات عالية القص.
ومع ذلك، حتى اليوم لا يزال عدد غير قليل من اللوالب الحاجزة مزوّدًا بخلاطات عالية القص، مع أن الحاجة إليها قد زالت نظريًا من اللوالب الحاجزة. وأجد ذلك محيّرًا.
مع التصميم الصحيح، يجب أن تكون المادة منصهرة بالكامل بعد مرورها عبر القسم الحاجز في هذه اللوالب. وفي معظم الحالات، تؤدي إضافة خلاط تشتيتي أو خلاط قص بعد القسم الحاجز إلى ارتفاع غير ضروري في درجة حرارة المصهور، وتقلل الإنتاجية بسبب هبوط الضغط الإضافي، وتؤدي إلى استهلاك أعلى للطاقة، سواء في عملية البثق أو في عمليات التبريد اللاحقة. وفي أغلب الأحيان يكون الخلاط التوزيعي هو الخيار الأفضل لتجانس درجة الحرارة أو اللون أو توزيع الإضافات، مع أقل ارتفاع إضافي في درجة حرارة المصهور وأقل انخفاض في الإنتاجية.
توجد أنواع كثيرة من الخلاطات التوزيعية، ويعتمد الاختيار على
خصائص ما يُراد خلطه، ونسبة كل مكوّن، ونسبة L/D للولب. ويظهر الشكل 2 بعضًا من أشيع الخلاطات التوزيعية.
يوفر نمط Saxton الخلط بتقسيم المصهور إلى عدة قنوات، بينما يوفر عرض الشفرة المتقطعة الخلط بين هذه القنوات. غير أن هذا التصميم يعتمد من حيث المبدأ على مبادئ الخلط نفسها المعتمدة في قسم القياس، وهو أكثر فعالية في المقام الأول للتجانس الحراري. وقد تكمن ميزة Saxton في أنه مصمم لهبوط ضغط منخفض جدًا.
يمكن لخلاطات المسامير تقسيم المصهور مرات كثيرة، فتنشأ أساسًا تقسيمات أسّية بحسب عدد المسامير والصفوف. وتقلل الخلاطات من هذا النوع قيود الخلط بالتدفق الصفحي، ويمكنها خلط مواد تختلف لزوجتها اختلافًا كبيرًا، وتكوّن عددًا لا نهائيًا من الطبقات. وعيبها أنها قد تسبب هبوط ضغط كبيرًا.
تقسّم خلاطات الأناناس (Pineapple) المصهور مثل خلاطات المسامير، لكنها تعيد دمج التقسيمات بزوايا مختلفة لتحقيق خلط عشوائي. وهي مفيدة جدًا عند إضافة الألوان.
وبغض النظر عن نوع الخلاط المختار، يبدو أن الأنواع التوزيعية تلبي احتياجات اللوالب الحاجزة أفضل من الخلاطات التشتيتية من نوع القص، إلا عند وجود متطلب محدد لقص مكثف لجسيمات صغيرة بما يكفي لتمر عبر القسم الحاجز دون أن تتكسر. وتُعد عملية تآكل اللولب والأسطوانة مشكلة جدية لأقسام الصيانة والهندسة في البثق وحقن البلاستيك على حد سواء، ولسبب وجيه. فالتآكل المفرط في وحدة الصهر (البلستكة) يجلب قائمة طويلة من المشكلات المتعلقة بعدم ثبات الإنتاج (الإنتاجية)، وهي مشكلات تؤثر مباشرة في تكلفة المنتج المصنّع وجودته الإجمالية. وفي مقال نُشر في عدد فبراير 2018 من مجلة Plastics Technology بعنوان «What Is Your Extruder Trying to Tell You?»، أظهر المؤلفان Wes Hobson وMike Rutkowski من The Dow Chemical Company الحاجة إلى بيانات مرجعية ومراقبة التآكل لتجنب الفقدان المفرط في الإنتاج.
